Le mois dernier, nous avons mis au rebut 47 boîtiers en acier inoxydable parce que les filetages taraudés M6 ont échoué à l'inspection de la jauge go/no-go lors du contrôle qualité final. Le robinet était nouveau, le programme avait fait ses preuves, le matériel était le même que celui que nous avions utilisé toute l'année. Il s'avère que la concentration du liquide de refroidissement a dérivé de 8 % à 4 % en trois semaines, et l'opérateur ne l'a pas détecté. En inox 304, c'est la différence entre un filetage propre et un filetage déchiré aux flancs écrouis.

L'usinage de filetages est l'un de ces processus où tout doit être parfait : outil, vitesse, avance, liquide de refroidissement, matériau, taille du trou, sinon le filetage est un déchet. Et les filetages indésirables n'apparaissent qu'après l'inspection de la jauge, ce qui signifie que vous avez déjà investi tout le temps d'usinage dans la pièce avant de découvrir le problème.

Voici une comparaison pratique des quatre méthodes d'usinage de filetage que nous utilisons, basée sur des milliers de pièces et de nombreux filetages rebutés en cours de route.

Le taraudage rigide est la valeur par défaut pour la plupart des ateliers CNC. La broche synchronise la rotation avec l'avance de l'axe Z exactement au rapport de pas de filetage. En théorie, le taraud coupe un fil parfait à chaque fois. En pratique, il fonctionne à merveille dans l’aluminium, le laiton et les aciers de décolletage. Il fonctionne moins bien dans l'acier inoxydable, le titane et tout ce qui durcit au travail.

Le problème avec le tapotement, c'est que vous êtes engagé. Une fois que le taraud entre dans le trou, soit il coupe un bon filetage, soit il ne le fait pas – il n'y a aucune possibilité de réglage. Le robinet ne peut pas accélérer, ralentir ou changer de direction à mi-coupe. Si les copeaux ne s'évacuent pas, le robinet se remplit de copeaux et casse ou déchire le filetage.

Limites de vitesse pour les écoutessont réels et impitoyables. En inox 304, on taraude M6 à environ 500 RPM maximum. En aluminium 6061, on peut faire tourner le même taraud M6 à 2 000 RPM. La différence n'est pas le taraudage, mais la tendance du matériau à durcir au niveau du tranchant. Poussez la vitesse en acier inoxydable et le matériau durcit plus vite que le robinet ne peut le couper.

Taraudage de trous borgnesC'est là que surviennent la plupart des problèmes. Les jetons doivent aller quelque part et dans un trou borgne, ils s'entassent au fond. Les tarauds à cannelure hélicoïdale tirent les copeaux vers le haut (idéal pour les trous traversants), les tarauds à pointe en spirale poussent les copeaux vers le bas (idéal pour les trous traversants uniquement). Pour les trous borgnes, nous utilisons des tarauds à goujures hélicoïdales avec des cycles de taraudage contrôlés — le taraud recule périodiquement pour éliminer les copeaux.

Le fraisage de filetage utilise une fraise à pointe unique qui suit une trajectoire hélicoïdale pour couper le filetage. La fraise est plus petite que le diamètre du filetage, elle tourne donc en spirale vers l'intérieur tout en se déplaçant simultanément vers le bas au pas du filetage. Cela prend 15 à 30 secondes par thread (contre 2 à 5 secondes pour le tapotement), mais les avantages sont significatifs.

Le plus grand avantage : une seule fraise à fileter coupe n'importe quel filetage de ce pas, quel que soit son diamètre. Une fraise à fileter M6x1,0 coupe M6x1,0, M8x1,0, M10x1,0, M12x1,0 — n'importe quelle taille avec un pas de 1,0 mm. Nous avons en stock environ 15 fraises à fileter et couvrons toutes les tailles de filetage métrique standard. Comparez cela au taraudage, où vous avez besoin d'un taraud séparé pour chaque taille de filetage, profondeur ET matériau.

Le fraisage de filets produit également de meilleurs filetages dans les matériaux difficiles. Le couteau entre et sort proprement de la coupe. Le copeau est petit et s'évacue facilement. Il n'y a aucun risque de casse du taraud : si le couteau s'écaille, vous le remplacez et relancez le filetage. Pas d'extraction EDM, pas de pièce mise au rebut.

Pour les filetages à gauche, les filetages multi-filets ou les filetages aux profils inhabituels (NPT, BSPT, trapézoïdal), le fraisage de filetage est la seule méthode CNC pratique. Vous ne pouvez pas acheter de taraud gauche M8x1,25 à la quincaillerie, mais votre fraiseuse à fileter le coupe avec un changement de code G.

La vraie raison d'utiliser un moulin à filetage: Quand la tolérance du filetage est importante. Les filetages fraisés sont systématiquement plus précis que les filetages taraudés car les forces de coupe sont inférieures et la déviation de l'outil est minime. Pour les filetages qui doivent passer une jauge serrée (comme les raccords aérospatiaux ou hydrauliques), le fraisage de filetage est le choix le plus sûr.

Le tournage du filetage (filetage en un seul point sur un tour) est la méthode pour les filetages externes sur les arbres, les tiges et les composants tournés. L'outil de coupe est une plaquette façonnée qui correspond au profil du filetage. Le tour synchronise la rotation de la broche avec l'avance sur l'axe Z, effectuant plusieurs passes à une profondeur croissante jusqu'à ce que le filetage soit terminé.

Le filetage fonctionne pour n'importe quel filetage externe : métrique, UNC, UNF, BSW, Acme, trapézoïdal, profils personnalisés. L'insert est bon marché (10-25 $) et un insert coupe n'importe quel diamètre de ce pas. Nous filetons tout, des vis de réglage M3 aux arbres d'hélice M80.

L’approche à passes multiples est la clé de la qualité. Un filetage externe M10x1,5 typique nécessite 8 à 12 passes, chacune retirant 0,05 à 0,15 mm de matériau de la profondeur du filetage. Les passages de lumière empêchent l'écrouissage de l'inox et du titane. La passe finale du ressort (profondeur de coupe nulle) nettoie toute déviation des passes précédentes.

Filetage par rapport au filetage: Le filetage de matrice (faire passer une matrice sur un arbre à la main ou avec un porte-filière sur la contre-pointe du tour) est rapide pour les travaux ponctuels. Mais les filetages de la filière ont une mauvaise concentricité (la filière s'auto-aligne, ce qui signifie que le filetage suit tout ce que la surface de l'arbre lui donne). Le tournage du filetage produit des filetages concentriques aux tourillons de l'arbre car les deux sont coupés dans la même configuration.

Le formage par rouleaux de fil (également appelé roulage de fil) ne coupe pas le matériau, il le déplace. La matrice à rouleaux s'enfonce dans la surface de la pièce à usiner et forme à froid le matériau dans le profil du filetage. Les crêtes des fils sont formées en déplaçant le matériau des racines.

Le résultat est un fil plus solide. Le processus de travail à froid augmente la dureté de la surface du filetage de 10 à 30 % (l'écrouissage est ici un avantage, pas un problème). La structure du grain suit le contour du fil au lieu d'être coupé en travers. La résistance à la fatigue des fils roulés est de 30 à 50 % supérieure à celle des fils coupés.

Le profilage fonctionne sur n’importe quel matériau ductile : aluminium, laiton, acier doux, acier inoxydable. Il ne fonctionne PAS sur les matériaux durs (acier trempé, titane) ou fragiles (fonte, certains plastiques).

La limitation est la complexité de la configuration. Les matrices à rouleaux doivent être alignées avec précision sur l'axe central de la pièce et la vitesse d'avance doit correspondre exactement au pas du filetage. Sur un tour CNC, nous utilisons un accessoire de filetage qui se monte sur le poteau de l'outil. L'installation prend 30 à 60 minutes par taille de thread.

Pour les filetages internes : commencez par tarauder. Si le matériau est facile (aluminium, laiton) et que le trou est traversant, le taraudage est le plus rapide et le moins cher. Passez au filetage à la fraise si la matière est en inox ou en titane, s'il s'agit d'un trou borgne, si vous avez besoin de plusieurs tailles de filetage, ou si un taraud cassé serait catastrophique (pièce chère, tardive dans l'usinage).

Pour les filetages extérieurs : commencez par le tournage du filetage. C'est la norme pour les tours CNC. Ajoutez un profilage si le filetage nécessite une résistance à la fatigue maximale (arbres de moteur, composants de suspension, fixations à cycle élevé).

Pour une production en grand volume : exploiter les gains en termes de rapidité et de coût pour des matériaux faciles à utiliser. Le fraisage de filetage gagne pour les matériaux difficiles où la durée de vie du taraud est courte (vous dépenserez 500 $ en tarauds sur une course en acier inoxydable de 10 000 pièces – une fraise à filetage de 80 $ fait le même travail).

Une dernière chose qui surprend les gens : le diamètre du trou compte plus que vous ne le pensez pour les filetages internes. Le taraud (ou la fraise à fileter) ne coupe pas tout le profil du filetage dans un matériau solide. Le trou est pré-percé à un diamètre spécifique et l'outil de filetage ne coupe que les derniers 30 à 50 % de la profondeur du filetage. Percez le trou trop grand et vous obtenez des fils peu profonds qui se dénudent. Percez-le trop petit et le taraud se brise (ou la fraise à fileter vacille). La taille correcte du foret pour M6x1,0 est de 5,0 mm, et non de 5,1 mm ou 4,9 mm. Cette différence de 0,1 mm correspond à la marge entre un bon filetage et une pièce mise au rebut.